長期岩盤挙動評価のための微視的観点による基礎的研究

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岩盤の1万年以上にも渡る長期の挙動を予測するためには、岩石・岩盤のミクロ構造まで考慮に入れた精度の高い解析が要求される。本研究では、まず、日本全国に分布し、岩盤構造物に広く利用されている花崗岩を用いて既存マイクロクラックの分布状況を観察した。岩盤の長期時間依存性挙動として、一定の荷重条件の下でひずみが増加していくクリープ現象と、一定の変位拘束条件の下で応力が緩和していく応力緩和現象が挙げられるが、ここでは、水浸条件下において応力緩和挙動に注目した室内実験を行った。実験供試体は上述の花崗岩である。この実験では供試体端面の変位を拘束した場合の時間経過に伴う応力変化を計測し、マイクロクラックの変化を観察した。つぎに、岩石の構成粒子レベルの応力緩和挙動を把握するために、花崗岩供試体を多結晶体で粘弾性的物性を有する複合材料と仮定し、均質化法(Homogenization Method)を用いて数値解析を実施した。均質化法とは、微視的には非均質な構造が周期的かつ規則的に配列された物体に対し、その構造を反映した巨視的な材料定数を求め、それを用いた全体解析により得られる巨視的な挙動から微視レベルの「応力分布」を求めることができる数学的な解析手法である。ここでは、上述のマイクロクラック分布の観測データを基に、微視的レベルにおけるユニットセルや界面の形状を定め、界面の粘弾性係数の違いによって、巨視的な変形特性や応力状態、あるいは微視的な応力分布がどのように変化するかについて考察した。さらに、岩質材料がその変形・破壊過程において著しい非線型性と時間依存性を示す場合を考慮すべく、均質化法による弾粘塑性解析の手法を開発した。この手法の妥当性をチェックするために、粘土を想定した弾粘塑性材料および地盤構造物の応力緩和について数値解析を実施した。

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